Batarya Sistemleri için Termal Yönetim Çözümleri

Sıcaklık faktörünün güç bataryalarının performansı, ömrü ve güvenliği üzerinde çok önemli bir etkisi olduğu şüphesizdir. Genel olarak, en iyi güç çıkışı ve girişini, maksimum kullanılabilir enerjiyi ve en uzun çevrim ömrünü elde etmek için batarya sisteminin 15~35℃ aralığında çalışmasını bekleriz (düşük sıcaklıkta depolama bataryanın kullanım ömrünü uzatabilse de, uygulamalarda düşük sıcaklıkta depolamanın pek bir anlamı yoktur ve bataryalar bu konuda insanlara çok benzer).

Günümüzde, güç batarya sisteminin termal yönetimi esas olarak dört kategoriye ayrılabilir: doğal soğutma, hava soğutma, sıvı soğutma ve doğrudan soğutma. Bunlardan doğal soğutma pasif bir termal yönetim yöntemi iken, hava soğutma, sıvı soğutma ve doğrudan akım aktif yöntemlerdir. Bu üç yöntem arasındaki temel fark, ısı değişim ortamındaki farklılıktır.

· Doğal soğutma
Doğal soğutma, ısı alışverişi için ek cihazlar içermez. Örneğin, BYD, LFP hücreleri kullanan Qin, Tang, Song, E6, Tengshi ve diğer modellerinde doğal soğutmayı benimsemiştir. Anlaşıldığı kadarıyla, BYD'nin takip eden modellerinde üçlü batarya kullanan modellerde sıvı soğutmaya geçeceği tahmin edilmektedir.

· Hava Soğutma (PTC Hava Isıtıcısı)
Hava soğutma, ısı transfer ortamı olarak havayı kullanır. İki yaygın türü vardır. Birincisi, ısı alışverişi için doğrudan dış havayı kullanan pasif hava soğutmadır. İkincisi ise, pil sistemine girmeden önce dış havayı önceden ısıtabilen veya soğutabilen aktif hava soğutmadır. İlk zamanlarda, birçok Japon ve Kore elektrikli modelinde hava soğutmalı çözümler kullanılmıştır.

• Sıvı soğutma
Sıvı soğutma, ısı transfer ortamı olarak antifriz (örneğin etilen glikol) kullanır. Çözeltide genellikle birden fazla farklı ısı değişim devresi bulunur. Örneğin, VOLT'un bir radyatör devresi, bir klima devresi (PTC Klimave bir PTC devresi (PTC Soğutma Suyu IsıtıcısıPil yönetim sistemi, termal yönetim stratejisine göre tepki verir, ayarlanır ve geçiş yapar. TESLA Model S'te motor soğutmasıyla seri bağlı bir devre bulunur. Pil düşük sıcaklıkta ısıtılması gerektiğinde, motor soğutma devresi pil soğutma devresiyle seri bağlanır ve motor pili ısıtabilir. Güç pili yüksek sıcaklıkta olduğunda, motor soğutma devresi ve pil soğutma devresi paralel olarak ayarlanır ve iki soğutma sistemi ısıyı bağımsız olarak dağıtır.

1. Gaz kondansatörü

2. İkincil kondenser

3. İkincil kondenser fanı

4. Gaz kondenser fanı

5. Klima basınç sensörü (yüksek basınç tarafı)

6. Klima sıcaklık sensörü (yüksek basınç tarafı)

7. Elektronik klima kompresörü

8. Klima basınç sensörü (düşük basınç tarafı)

9. Klima sıcaklık sensörü (düşük basınç tarafı)

10. Genleşme valfi (soğutucu)

11. Genleşme valfi (evaporatör)

• Doğrudan soğutma
Direkt soğutma, ısı değişim ortamı olarak soğutucu akışkan (faz değiştiren malzeme) kullanır. Soğutucu akışkan, gaz-sıvı faz geçişi sürecinde büyük miktarda ısıyı emebilir. Soğutucu akışkana kıyasla, ısı transfer verimliliği üç kattan fazla artırılabilir ve batarya daha hızlı değiştirilebilir. Sistem içindeki ısı uzaklaştırılır. Direkt soğutma sistemi BMW i3'te kullanılmıştır.

 

Soğutma verimliliğine ek olarak, batarya sisteminin termal yönetim şeması, tüm bataryaların sıcaklığının tutarlılığını da dikkate almalıdır. PACK'te yüzlerce hücre bulunur ve sıcaklık sensörü her hücreyi algılayamaz. Örneğin, Tesla Model S'in bir modülünde 444 batarya vardır, ancak yalnızca 2 sıcaklık algılama noktası düzenlenmiştir. Bu nedenle, termal yönetim tasarımı yoluyla bataryanın mümkün olduğunca tutarlı olması gereklidir. Ve iyi bir sıcaklık tutarlılığı, batarya gücü, ömrü ve SOC gibi tutarlı performans parametreleri için ön koşuldur.